JPWO2014091572A1 - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1及び図2は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の設置状態の一例を示す全体構成図である。図1及び図2に基づいて、本実施の形態に係る空気調和装置の設置例について説明する。この空気調和装置は、冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体(水や不凍液等))を循環させる冷凍サイクル(冷媒サイクル回路及び熱媒体循環回路)を利用し、冷房運転又は暖房運転を実行するものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
以下、空気調和装置100に設けられている各構成機器の構成及び機能について説明する。なお、図3以降では、中継ユニット3を第1中継ユニット3aと第2中継ユニット3bとに分けている場合について図示している。また、冷媒配管4及び配管5については後段で詳述するものとする。
熱源装置1には、圧縮機10と、四方弁11と、熱源側熱交換器(室外熱交換器)12と、アキュムレーター17とが冷媒配管4で直列に接続されて収容されている。また、熱源装置1には、第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、及び、逆止弁13dが設けられている。第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、及び、逆止弁13dを設けることで、室内機2の要求する運転に関わらず、中継ユニット3に流入させる熱源側冷媒の流れを一定方向にすることができる。
四方弁11は、暖房運転時における熱源側冷媒の流れと冷房運転時における熱源側冷媒の流れとを切り替えるものである。
熱源側熱交換器12は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能し、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と熱源側冷媒との間で熱交換を行ない、その熱源側冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。
アキュムレーター17は、圧縮機10の吸入側に設けられており、過剰な冷媒を貯留するものである。
逆止弁13aは、熱源側熱交換器12と中継ユニット3との間における冷媒配管4に設けられ、所定の方向(熱源装置1から中継ユニット3への方向)のみに熱源側冷媒の流れを許容するものである。
逆止弁13bは、第1接続配管4aに設けられ、逆止弁13dの下流側から逆止弁13aの下流側の方向のみに熱源側冷媒の流通を許容するものである。
逆止弁13cは、第2接続配管4bに設けられ、逆止弁13dの上流側から逆止弁13aの上流側の方向のみに熱源側冷媒の流通を許容するものである。
第2接続配管4bは、熱源装置1内において、逆止弁13dの上流側における冷媒配管4と逆止弁13aの上流側における冷媒配管4とを接続するものである。
なお、図2では、第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、及び、逆止弁13dを設けた場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、これらを必ずしも設ける必要はない。
室内機2には、それぞれ利用側熱交換器26が搭載されている。この利用側熱交換器26は、配管5を介して第2中継ユニット3bの止め弁24及び流量調整弁25と接続するようになっている。この利用側熱交換器26は、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と熱媒体との間で熱交換を行ない、空調対象域に供給するための暖房空気あるいは冷房空気を生成するものである。
中継ユニット3は、第1中継ユニット3aと、第2中継ユニット3bとで、筐体を分けて構成されている。このように構成することにより、上述したように1つの第1中継ユニット3aに対し、複数の第2中継ユニット3bを接続することができる。第1中継ユニット3aには、気液分離器14と、膨張弁16eと、が設けられている。第2中継ユニット3bには、2つの中間熱交換器15と、4つの膨張弁16と、2つのポンプ21と、4つの流路切替弁22と、4つの流路切替弁23と、4つの止め弁24と、4つの流量調整弁25と、が設けられている。
膨張弁16eは、膨張弁16a及び膨張弁16bを接続している冷媒配管4と、気液分離器14と、の間に設けられ、減圧弁や絞り装置として機能し、熱源側冷媒を減圧して膨張させるものである。膨張弁16eは、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
圧力センサー39は、気液分離器14の熱源側冷媒の入口における冷媒配管4に設けられ、熱源装置1から第1中継ユニット3aに流入した熱源側冷媒の圧力を検出するものである。より詳しくは、圧力センサー39は、気液分離器14に流入する熱源側冷媒の圧力を検出する。
圧力センサー40は、膨張弁16b及び膨張弁16cと第1中継ユニット3aとを接続する冷媒配管4設けられ、第2中継ユニット3bから流出した熱源側冷媒の圧力を検出するものである。より詳しくは、圧力センサー40は、熱源装置1に流入する熱源側冷媒の圧力を検出する。
圧力センサー36は、第1中間熱交換器15aの熱源側冷媒流路の出口側に設けられ、第1中間熱交換器15aから流出した熱源側冷媒の圧力を検出するものであり、圧力センサー等で構成するとよい。
第7温度センサー38は、第2中間熱交換器15bの熱源側冷媒流路の出口側に設けられ、第2中間熱交換器15bから流出した熱源側冷媒の温度を検出するものであり、サーミスタ等で構成するとよい。
また、冷房用の熱媒体循環回路には、この熱媒体循環回路から熱媒体を排出するための排出弁71bが、配管5bに設けられている。
以下で説明するように、空気調和装置100は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、熱源装置1と中継ユニット3とを接続する冷媒配管4には熱源側冷媒が流れている。
空気調和装置100が実行する幾つかの運転モードにおいては、中継ユニット3と室内機2を接続する配管5には水や不凍液等の熱媒体が流れている。
熱源側冷媒としては、たとえばR410A、R407C、R404A等のHFC(ハイドロフルオロカーボン)冷媒、R22、R134a等のHCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)冷媒、化学式内に二重結合を含むCF3CF=CH2等の地球温暖化係数が比較的小さい値とされている冷媒あるいはその混合物、もしくは、炭化水素やヘリウム、二酸化炭素等のような自然冷媒等を用いることができる。
熱媒体としては、たとえばブライン(不凍液)や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。したがって、空気調和装置100においては、熱媒体が室内機2を介して居住空間7に漏洩したとしても、熱媒体に安全性の高いものを使用しているため安全性の向上に寄与することになる。
ここで、空気調和装置100が実行する各運転モードについて説明する。
この空気調和装置100は、各室内機2からの指示に基づいて、その室内機2で冷房運転あるいは暖房運転が可能になっている。より具体的には、空気調和装置100は、室内機2の全部で同一運転をすることができるともに、室内機2のそれぞれで異なる運転をすることができるようになっている。つまり、空気調和装置100は、冷暖同時運転可能な空気調和装置である。
図4は、空気調和装置100の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図4では、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bでのみ冷熱負荷が発生している場合を例に全冷房運転モードについて説明する。つまり、図4では、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dで冷熱負荷が発生していない場合を図示しているのである。なお、図4では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示す。また、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁11を通り、熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した高圧液冷媒は、逆止弁13aを通って熱源装置1から流出し、冷媒配管4を通って第1中継ユニット3aに流入する。第1中継ユニット3aに流入した高圧液冷媒は、気液分離器14へ流入した後、膨張弁16eを経由してから第2中継ユニット3bに流入する。
全冷房運転モードでは、ポンプ21aは停止しているために、配管5bを介して熱媒体が循環する。第2中間熱交換器15bで熱源側冷媒によって冷却された熱媒体は、ポンプ21bによって配管5b内を流動する。ポンプ21bで加圧され流出した熱媒体は、流路切替弁22(流路切替弁22a及び流路切替弁22b)を介して、止め弁24(止め弁24a及び止め弁24b)を通り、利用側熱交換器26(利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26b)に流入する。そして、利用側熱交換器26において室内空気から吸熱し、室内機2が設置されている室内等の空調対象域の冷房を行なう。
なお、以下に説明する全暖房運転モード、冷房主体運転モード、暖房主体運転モードでも同様である。
図5は、空気調和装置100の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図5では、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生している場合を例に全暖房運転モードについて説明する。つまり、図5では、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dで温熱負荷が発生していない場合を図示しているのである。なお、図5では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示す。また、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、熱源装置1から流出する。熱源装置1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って第1中継ユニット3aに流入する。第1中継ユニット3aに流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器14へ流入した後、第1中間熱交換器15aに流入する。第1中間熱交換器15aに流入した高温・高圧のガス冷媒は、熱媒体循環回路を循環する熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となる。
全暖房運転モードでは、ポンプ21bは停止しているために、配管5aを介して熱媒体が循環する。第1中間熱交換器15aで熱源側冷媒によって加熱された熱媒体は、ポンプ21aによって配管5a内を流動する。ポンプ21aで加圧され流出した熱媒体は、流路切替弁22(流路切替弁22a及び流路切替弁22b)を介して、止め弁24(止め弁24a及び止め弁24b)を通り、利用側熱交換器26(利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26b)に流入する。そして、利用側熱交換器26において室内空気に熱を与え、室内機2が設置されている室内等の空調対象域の暖房を行なう。
図6は、空気調和装置100の冷房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図6では、利用側熱交換器26aで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで冷熱負荷が発生している場合を例に冷房主体運転モードについて説明する。つまり、図6では、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dでは温熱負荷及び冷熱負荷のいずれも発生していない場合を図示しているのである。なお、図6では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示す。また、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁11を通り、熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら凝縮し、気液二相冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した気液二相冷媒は、逆止弁13aを通って熱源装置1から流出し、冷媒配管4を通って第1中継ユニット3aに流入する。第1中継ユニット3aに流入した気液二相冷媒は、気液分離器14へ流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離され、第2中継ユニット3bに流入する。
一方、気液分離器14で分離された液冷媒は、膨張弁16eを通る。その後、この液冷媒は、第1中間熱交換器15aで凝縮液化して膨張弁16dを通った液冷媒と合流し、膨張弁16aで絞られて膨張し、低温・低圧の気液二相冷媒となって第2中間熱交換器15bに流入する。
冷房主体運転モードでは、ポンプ21a及びポンプ21bともに駆動しているために、配管5a及び配管5bの双方を介して熱媒体が循環する。第1中間熱交換器15aで熱源側冷媒によって加熱された熱媒体は、ポンプ21aによって配管5a内を流動する。また、第2中間熱交換器15bで熱源側冷媒によって冷却された熱媒体は、ポンプ21bによって配管5b内を流動する。
また、ポンプ21bで加圧され流出した熱媒体は、流路切替弁22bを介して、止め弁24bを通り、利用側熱交換器26bに流入する。そして、利用側熱交換器26bにおいて室内空気から吸熱し、室内機2が設置されている室内等の空調対象域の冷房を行なう。
図7は、空気調和装置100の暖房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図7では、利用側熱交換器26aで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで冷熱負荷が発生している場合を例に暖房主体運転モードについて説明する。つまり、図7では、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dでは温熱負荷及び冷熱負荷のいずれも発生していない場合を図示しているのである。なお、図7では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示す。また、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、熱源装置1から流出する。熱源装置1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って第1中継ユニット3aに流入する。第1中継ユニット3aに流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器14へ流入した後、第1中間熱交換器15aに流入する。第1中間熱交換器15aに流入した高温・高圧のガス冷媒は、熱媒体循環回路を循環する熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となる。
暖房主体運転モードでは、ポンプ21a及びポンプ21bともに駆動しているために、配管5a及び配管5bの双方を介して熱媒体が循環する。第1中間熱交換器15aで熱源側冷媒によって加熱された熱媒体は、ポンプ21aによって配管5a内を流動する。また、第2中間熱交換器15bで熱源側冷媒によって冷却された熱媒体は、ポンプ21bによって配管5b内を流動する。
また、ポンプ21bで加圧され流出した熱媒体は、流路切替弁22bを介して、止め弁24bを通り、利用側熱交換器26bに流入する。そして、利用側熱交換器26bにおいて室内空気から吸熱し、室内機2が設置されている室内等の空調対象域の冷房を行なう。
図8は、空気調和装置100のポンプ21の切り替え制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。図8に基づいて、空気調和装置100の低流量時のポンプ21の切り替え制御について説明する。なお、ポンプ21の切り替え制御処理の主体は、制御装置60である。
STEP1では、空気調和装置100が空調運転を開始し、圧縮機10が起動を始める。圧縮機10の起動直後は、熱媒体の流量を多めに流すため、空気調和装置100では、例えばポンプ21を最大運転台数で運転する。
STEP2では、最大運転台数のポンプ21(図3〜7では、ポンプ21a、ポンプ21bの2台)の運転が開始され、それぞれの運転時間の積算時間を記録する。
STEP3では、一定時間経過するまで現状の運転を繰り返す。
STEP4では、全部のポンプ21を冷房または暖房として使う運転モード、つまり全冷房運転モードまたは全暖運転であるかどうかを確認する。
全冷房運転モードまたは全暖運転モードであるならばSTEP5へ移行し、そうでない場合は現状の運転を維持する。
STEP5では、室内機2の運転容量が予め定めた所定値Xよりも小さいかどうか判定する。所定値Xの値は、ポンプ21の運転台数を切り替える指標であり、空気調和装置100の実際のパフォーマンスによって任意に設定される。
所定値X以下であればSTEP6へ移行し、そうでない場合はSTEP10へ移行する。
なお、所定値Xは、ポンプ21の流量特性、水配管5の長さ、接続されている室内機2の容量によって任意に設定される。
このSTEP6は、室内機2の運転容量に対して熱媒体の循環量が多すぎると判定された場合の処理である。
ここでは、ポンプ21が元々最大運転台数で運転していたかそうでないかを判断する。
ポンプ21が元々最大運転台数で運転していた場合にはSTEP7へ、そうでない場合はSTEP9へ移行する。
このSTEP7、8では、ポンプ21の運転時間を同程度とするため、ローテーション制御を実施する。
まず、STEP7では、運転しているポンプ21の優先順位どちらが高いか評価する。
そして、優先順位が低い方のポンプ21を停止させる。
なお、ポンプ21の優先順位は、ポンプ21の積算運転時間によって決定する。または、ポンプ21の起動回数をカウントし、ポンプ21の起動回数によってポンプ21の優先順位を決定してもよい。
STEP8では、優先順位が低い方のポンプ21を停止し、STEP9へ移行する。
例えば、ポンプ21a、ポンプ21bが運転している場合において、ポンプ21aの優先順位が、ポンプ21bの優先順位よりも低い場合、STEP8aでポンプ21aを停止させる。
例えば、ポンプ21a、ポンプ21bが運転している場合において、ポンプ21bの優先順位が、ポンプ21aの優先順位よりも低い場合、STEP8bでポンプ21bを停止させる。
STEP9では、室内機2の運転容量に変化があったかどうかを判定する。
室内機2の運転容量に変化があった場合には、もう一度判定するためSTEP4へ戻る。
このSTEP10〜12では、ポンプ21が1台で運転していたが、室内機2の運転容量が大きくなり、ポンプ21の運転台数を1台から2台へ切り替える際の制御を実施する。
ディファレンシャルは、運転を安定させるために設けられている。ディファレンシャルを設けておけば、頻繁なポンプ21の運転台数の切り替えを抑制することができる。
室内機2の運転用容量(ΣQj)が所定値Xよりも大きく、数値C以上であればSTEP11へ、そうでない場合には何もせずにSTEP9へ移行する。
なお、数値Cは、ポンプ21の運転台数を頻繁に切り替えないために使用されるものであり、空気調和装置100の実際のパフォーマンスによって任意に設定される。つまり、数値Cは、ポンプ21の発停回数を減少させるためのものであり、ポンプ21の流量特性(最大循環量)と許容できる総配管長(水回路全体の圧力損失)によって決定する。
STEP11では、ポンプ21が最大運転台数で運転しているかそうでないか判断する。
ポンプ21が最大運転台数で運転している場合には何もせずにSTEP9へ移行する。
ポンプ21が最大運転台数で運転していない場合にはSTEP12へ移行する。
STEP12では、停止していたポンプ21を起動させる。ただし、水圧の急上昇を抑制するために、ポンプ21は最低入力(最低電圧)での起動とする。
その後はSTEP9へと移行する。
そして、圧縮機10の停止によって本制御は終了する。
ディファレンシャルは、運転を安定させるために設けられている。ディファレンシャルを設けておけば、頻繁なポンプ21の運転台数の切り替えを抑制することができる。
室内機2の運転用容量(ΣQj)が、所定値Xに数値Cを加えた数値以上であればSTEP11へ、そうでない場合には何もせずにSTEP9へ移行する。
なお、数値Cは、ポンプ21の運転台数を頻繁に切り替えないために使用されるものであり、空気調和装置100の実際のパフォーマンスによって任意に設定される。つまり、数値Cは、ポンプ21の発停回数を減少させるためのものであり、ポンプ21の流量特性(最大循環量)と許容できる総配管長(水回路全体の圧力損失)によって決定する。
Claims (5)
- 熱源側冷媒と前記熱源側冷媒とは異なる熱媒体とを熱交換する少なくとも1台の中間熱交換器と、
圧縮機、熱源側熱交換器、少なくとも1つの膨張弁、及び、前記中間熱交換器の冷媒側流路を、前記熱源側冷媒が流通する配管を介して接続した冷凍サイクル回路と、
前記中間熱交換器の熱媒体側流路、複数台のポンプ、及び、複数台の利用側熱交換器を、前記熱媒体が流通する配管を介して接続した熱媒体循環回路と、を有し、
前記複数台のポンプの全部が所定時間起動した後に、各利用側熱交換器が搭載される室内機の運転容量によって前記複数台のポンプの運転台数を切り替える
ことを特徴とする空気調和装置 - 前記利用側熱交換器に温熱のみを供給する全暖房運転モードと
前記利用側熱交換器に冷熱のみを供給する全冷房運転モードと、を備え、
前記全暖房運転モード又は前記全冷房運転モードを実施しているときに、前記室内機の運転容量によって前記複数台のポンプの運転台数を切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記室内機の運転容量が予め定めた所定値X以下であって、前記複数台のポンプの全部が運転しているとき、
前記複数台のポンプのうち予め定めた優先順位が低い方のポンプを停止させて前記複数台のポンプの運転台数を切り替える
ことを特徴とする請求項2に記載の空気調和装置。 - 前記優先順位は、
前記複数台のポンプのそれぞれの積算運転時間又は起動回数によって決定される
ことを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記室内機の運転容量が予め定めた所定値Xよりも大きく、前記室内機の運転容量がディファレンシャルに基づいて定めた数値C以上であり、前記複数台のポンプのうちいずれか停止しているとき、
停止しているポンプを最低入力で起動させて記複数台のポンプの運転台数を切り替える
ことを特徴とする請求項2に記載の空気調和装置。
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